JPH01238019A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エレクトロニクスデバイス製造方法及び装置
に係り、特に、弾入方性エツチングや。

緻密性、高絶縁性の膜形成に好適なプラズマ処理方法と
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の基板に入射するイオンを利用したプラズマ処理装
置は、特開昭５７−６６６４０号及び特開昭６０−９８
６２９号に記載のように、被処理基板面にプラズマ流が
入射するように、ガス導入口、排気口及びプラズマ生成
位置が設置されていた。

〔発明が解決しようとした課題〕

上記従来技術は、被処理基板面方向へのガス流れを制御
して、プラズマ処理効率の向上化や均一性については考
慮されていたが、イオン種に対する無電荷粒子濃度が高
い時のプラズマ処理の劣化の防止策については配慮され
ておらず、例えば、エツチングにおいては異方性となら
なかったり、ＣＶＤにおいては高品質の膜形成ができな
いといった問題があった。

本発明の目的は、上記不都合を解決し、エツチングにお
いては異方性を、ＣＶＤにおいては高品質の膜形成が図
れる方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、イオンを利用したプラズマ処理時に、基板
に対し、排気口と主たるプラズマ発生部を同じ側に位置
させ、基板に入射するイオンの流れ方向とほぼ逆方向に
無電該粒子の排気を行なうことで達成される。

〔作用〕

基板−プラズマ間の電位や磁力線等の電磁気力により、
基板へ入射したイオンを利用するプラズマ処理において
、基板位置に対し、排気口とプラズマ生成部を同じ側に
位置させ、基板に入射するイオンの流れ方向とほぼ逆方
向に無電荷粒子の排気を行なうと、基板に入射する無電
荷粒子量が減少し、その結果、基板処理としてはイオン
処理の割合いを高めることができる。このことによりエ
ツチングでは、アンダカットとなる要因の無電荷粒子量
が減少する分と、方向性の優れたイオン入射割合いが高
まる分、異方性が強くなり、寸法シフトが小さく、形状
の優れたエツチングが可能となる。膜形成においては、
膜質の劣下につながる、基板でのマイグレーション度が
低い無電荷粒子の入射量が減少する分と、励起エネルギ
値の高いイオン入射割合が高まる分、良質な膜形成が可
能となる。

尚、無電荷粒子による基板処理では、エツチングにおい
ては、イオン処理よりも低ダメージで高選択性であり、
膜形成においても、イオン処理よりは低ダメージである
ため、イオン流方向と排気方向をほぼ一致させた従来方
式と組み合わせると例えば、エツチングにおいては、本
発明方式で所望深さまでエツチングした後、従来方式で
エツチングする。あるいは、膜形成においては、初めに
従来方式で膜を堆積させた後に本発明方式で膜堆積させ
ると、異方性でかつ選択性の高い低ダメージのエツチン
グあるいは、高品質で低ダメージの膜形成が可能となる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて、詳細に説明する
。第１図は本発明のプラズマ処理装置の一形態である平
行平板型のラジオ波放電によるプラズマを利用したプラ
ズマ処理装置（以後ＲＦプラズマ装置という）の主要部
の模式図である。第２図は従来型の平行平板型のＲＦプ
ラズマ装置の主要部の模式図である。これら２つの装置
は、真空容器１．基板２を設置する下部電磁３．下部電
極に高周波を印加するためのＲＦ電源４．アース電位と
なる上部電極５．排気口（排気系は図省略）６（第１図
）及び６′　（第２図）９反応ガス供給管（ガス供給系
は図省略）７（第１図）及び７′（第２図）よりなる。

真空容器１は直径３００〔１圃〕　φ、高さ２００［ｎ
ａ〕のアルミナコーティングをしたＳＵＳ製であり、ま
た、下部及び上部電極５，７は直径２００［ｎｎ］で表
面はアルミナコーティングしている。上部電極５はガス
流れ方向が乱れないようにメツシュ状になっている。

犬１１は− 被処理基板２として、シリコンウェハ（直径１００［ｎ
ｗｎ］　φ）上に厚さｌｏｏ［ｎｍ］の熱酸化膜を形成
した後に多結晶シリコン１２を５００［ｎ　ｍ　］堆積
させ、その上にレジスト１３でパターニングしたものを
用い多結晶シリコンのエツチングを第１図及び第２図に
示した本発明によるＲＦプラズマ装置と従来型のＲＦプ
ラズマ装置で各々行なった。真空容器内には双方とも反
応ガス供給管７及び７′を通じてＣＱ２を３０［ｍ／ｍ
１ｎｌ］導入し、排気口６及び６′より排気することで
０　、１　［Ｔｏｒｒ］に容器内の圧力を保ち、下部電
極に１３．５６［ＭＨｚ］の高周波を３００［Ｗ］印加
することでプラズマを生成させて、エツチングを行なっ
た。図中、８はイオンの流れ及び９は無電荷粒子（ラジ
カル）の流れを示す。双方ともオーバエッチ量は３０［
％］に設定した。本発明のＲＦプラズマ装置ではシリコ
ンのエツチング速度が１１０　［ｎ　ｍ／ｍ１ｎｌで、
下地ＳｉＯ２膜のエツチング量は５　［ｎｍ］であった
。レジストに対するシフト値Ｑは０．０２［μｍ］以下
であり、下地Ｓｉ○２膜平面上平面る多結晶シリコン側
壁のテーパ角Ｏはほぼ９０［’］であった。

一方、従来型のＲＦプラズマ装置では、エツチング速度
が１６０　［ｎ　ｍ／ｍｉｎコで、下地ＳｉＯ２膜のエ
ツチング量は４　［ｎｍｌで、上記装置よりもエツチン
グ速度や下地ＳｉＯ２膜に対する選択性は約４割及び約
２割程良いものの、シフト値Ｑは０．１０　［μｍコ、
テーパ角Ｏは７０°となり。

異方性が弱く、上部パターンに正確な、強異方性エツチ
ングはできなかった。この結果から、本発明のプラズマ
処理装置のように、無電荷粒子の排気をイオンの流れ方
向と逆方向にするとエツチング形状の良好な強異方性エ
ツチングができることがわかった。

末癌主」− さらに、この排気方向の影響を調べるため、第３図に示
したように、真空容器の上下部に排気口及びガス供給管
を設置したＲＦプラズマ装置を用いて、エツチングを行
なった。エツチング時の排気は排気バルブ１０及び１０
’　を調整することにより、下部排気量Ｑ１及び上部排
気量Ｑ２を異ならせた。また反応ガスであるＣＱｘの流
量もガス供給管バルブ１１及び１１′をＱ２及びＱｌの
比率、すなわち、ガス供給管７及び７′からの流量は、
それぞれＱ　２／　（Ｑ　１＋　Ｑ　２）及びＱｌ／（
Ｑ１＋Ｑ２）の割合とした。

他は実施例１と同条件でエツチングした。エツチングし
た後のシフト量Ｑとテーパ角θを排気量比、Ｑ２／　（
Ｑｔ＋０２）に対して第４図（ａ）と（ｂ）に示す。こ
の結果から、Ｑ２／（Ｑｔ、＋Ｑ２）の値が大きくなる
程、すなわち、基板に向かうガス流量を減少させ、基板
がガス流れの上流側に位置するようにガスの排気方向と
したと、エツチング後のパターン幅からのシフト値は約
４倍減少し、テーパ角も７０［’ｌからほぼ９０［’ｌ
になることがわかった。このことから、基板に対し、上
下電極間に発生するプラズマ生成位置と、排気口と同じ
側に設置することで、基板に入射する無電荷粒子の割合
が減少し、微細加工に好適な弾入方、性エツチングが可
能となることがわかった。

去膚■［Ｌｌ 第３図に示した装置を用いＣＱ　２をガス供給管７によ
り導入し、排気は排気口６より行ない、すなわち、第１
図に示した装置と同条件でエツチングを行なった。他の
条件は実施例１と同じである。

エツチング後の形状及び下地５ｉＯｚのエツチング量に
ついては実施例１に記した結果と同じ結果を得た。次に
レジストを除去後、マスク下の多結晶シリコンを電極と
して、下地ＳｉＯ２膜の絶縁破壊電圧ＶｂとＣ−■特性
から、しきい値電圧Ｖ　ｔ　ｈ　を測定した所、それぞ
れ、Ｖｂ＝　７　±［Ｍ　Ｖ／ａｉｌ　、Ｖｔｈ＝１．
５”０．３　［Ｖ］　であった。

次に、上記エツチング条件で多結シリコン１２を４５０
［ｎｍｌまでエツチングした後に、ガスの供給及び排気
口をそれぞれ、７から７′及び６から６′に変えて、続
けて残り５０［ｎｍ］厚さの多結晶シリコンを３００［
％］オーバエツチングした。この後、エツチング形状及
び下地Ｓｉ○２膜エツチング量を調べて所、シフト量は
０．０２［μｍコ以下で、テーパ角はほぼ９０［６コま
た下地Ｓ］０２膜のエツチング量は４［ｎｍ］であった
。次にレジスト除去後、Ｖｂ及びＶいを測定した所、そ
れぞれ、Ｖｂ＝　８　＋　［Ｍ　Ｖ／ｃｍ］　。

Ｖｔｈ”０．５±０．１　［Ｖコであった。この結果か
ら、排気によりガス流れを変え無電荷粒子の基板に到達
する量を減少させてエツチングした後に、到達量を増加
させると、弾入方性で選択性が高く、かつ、低ダメージ
のエツチングが可能となることがわかった。

り」１例Ａ− 被処理基板２としてｎ型のシリコンウェハを用いて、Ｓ
　ｉ　Ｈ４１０［ｍ　Ｑ　／ｍｉｎコ及びＮ２０８０［
ｍＱ／ｍｉｎ］を第３図に示した装置のガス供給管７及
び７′より比率をバルブ１０及び１０’で調整して真空
容器１へ導入し、排気は排気口６及び６′から比率をバ
ルブ１０及び１０’で調整して基板上にＳｉＯ２膜を堆
積させた。

他の条件は実施例１と同じである。ガス導入量の７及び
７′からの比率は実施例２と同じく、Ｑ　２／　（Ｑ　
ｔ　＋　Ｑ　２）及びＱｌ／　（Ｑ１＋Ｑ２）の比率と
同じくした。堆積させた膜の緻密さのＲ度として緩衝フ
ッ酸液（ＨＦ　：　ＮＨａＦ＝１　：　６．液温２５°
）によるエツチング速度、及び、堆積膜の化学量論的組
成比や化学結合力のＲ度である赤外吸収ピークの位置を
、排気量比Ｑ２／　（Ｑ１＋Ｑ２）に対して、それぞれ
第５図（ａ）及び（ｂ）に示す。この結果から、排気量
比Ｑ　２／　（Ｑ　ｔ　＋　０２）の値が大きくなる。

すなわち、無電荷粒子の基板に到達する量が減少する程
、堆積膜のエツチング速度は減少して熱酸化膜の値に近
づく、及び赤外吸収ピーク位置が高波数側にシフトし、
熱酸化膜の近づくことから、堆積膜の緻密さは増大し、
化学量論的組成に近づき、また化学結合力も増大するこ
とがわかった。

実施例５゜ 被処理基板として、実施例１と同じく、シリコンウェハ
（直径１００［ｍｍｌ　φ）上に厚さ１００［ｎｍ］の
熱酸化膜を形成した後に多結晶シリコンを５００　［ｎ
ｍ］堆積され、その上にレジストでパターニングしたも
のを用い、多結晶シリコンのエツチングを第６図及び第
７図に示した有磁界のマイクロ波プラズマ処理装置によ
り行なった。

第６図は、イオン流方向と無電荷粒子の流れ方向が同じ
である従来方式のプラズマ処理装置を、第７図は、イオ
ン流方向と逆方向に無電荷粒子が排気される本発明方式
のプラズマ処理装置を示す。

双方の装置は、真空容器の上部がマイクロ波１６（マイ
クロ波の発振機は図省略）の導入窓１７となっており、
容器内にマイクロ波が導入される。この際、容器外周に
設置された磁界コイル１４及び１５により電子サイクロ
トロン共鳴（以後ＥＣＲと略す）条件を満たす磁束密度
（導入マイクロ波周波数が２．４５［ＧＨｚ］のとき、
磁束密度は８７５　［Ｇａｕｓｓｌ　）以上の磁界を印
加すると、ＥＣＲ条件となる面１８でプラズマが効率良
く発生する。エツチングに際しては、ガス供給管７′（
第６図）あるいは７（第７図）よりＳ　Ｆｅ３０［ｍ　
Ｑ　／　ｍｉｎコ導入し、排気口６′　（第６図）ある
いは６（第７図）より真空容器１内が３［ｍＴｏｒｒｌ
になるように排気しながら行なった。導入したマイクロ
波は両装置においた３００［Ｗ］、基板２は基板ホルダ
１９に設置して、温度を１００［℃］に保った。またＥ
ＣＲ面と基板までの距離は１５［ｃｍｌとした。尚、容
器内に印加した磁界は、導入窓１７から基板２にかけて
減少する発散磁界とした。図中、磁力線に引かれて基板
方向に進むイオン流を８、また、排気方向に流れる無電
荷粒子の流れを９で示した。両装置とも３０［％コのオ
ーバエツチング条件でエツチングした所、従来方式の装
置（第６図）では、レジストパターンからの横方向の寸
法シフ１−量αは片側で０．２［μｍ］。

下地５ｉＯｚ膜面に対するテーパ角０は７０［’］であ
ったが、本発明方式の装置（第７図）では、寸法シフト
量Ｑが０．０３［μｍ］　と著しく減少し、また、テー
パ角Ｏもほぼ９０［’］と、良好なエツチング形状が得
られた。

実効［画」− 被処理基板として、ｎ型のシリコンウェハ（直径１００
［ｎｎｌ　φ）を用いて、第６図、第７図に示した装置
を用いて、Ｓ　ｊ、　０２膜を堆積した。堆積した際し
ては、０ｚ４０［ｍ／ｍ１ｎｌをガス供給管７′あるい
は７を通して、５ｉＨ４６［ｍ／ｍ１ｎｌを第２ガス供
給管２０′あるいは２０を通して導入した。他の条件は
実施例５と同じくした。

両装置で１００　［ｎｍｌ厚さまで堆積させた後、実施
例４と同じく、堆積膜の緩衝フッ酸液によるエツチング
速度Ｅ−Ｒと、赤外吸収ピーク波数υ０を測定した。従
来方式の装置において（第６図）堆積した膜のＥ−Ｒは
３３０［ｎ　ｍ／ｍ１ｎｌで、υ０は１０６５　［ａｎ
−’］であった。一方、本発明方式の装置において（第
７図）堆積した膜のＥ−Ｒは１５０［ｎ　ｍ／ｍ１ｎｌ
と、熱酸化膜の値１１０［ｎｍ／ｍｉｎコに近く、また
、υｏも１０７２　［ａｎ−’］と、熱酸化膜の値１０
７５　［■″１］に近く、本発明方式のように、無電荷
粒子を、イオンの流れ方向と逆の方向に排気すると、堆
積膜質が向上することがわかった。

このように本実施例によれば、放電によりプラズマを発
生させ、基板に入射するイオンを利用して、基板を処理
する方法及び装置において、基板に対し、排気口とプラ
ズマ生成部を同じ側に位置させ、基板に入射するイオン
の流れ方向と逆方向に無電荷粒子の流れを形成させるこ
とで、基板に到達するラジカル量を減少させてイオン処
理の割合いを増加させると、エツチングにおいては、弾
入方性が、膜形成においては高品質性等のプラズマ処理
の適正化が図れることがわかった。また、排気方向を、
プラズマ処理中に、本発明方式に、従来方式を組み合わ
せると、さらに、高選択性や低ダメージ化が図れること
がわかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラズマの発生手段を従来通りとして
、単に排気方向を変えるだけで、プラズマ処理の適正化
が図れるため、容易かつ安価に、ＬＳＩ等に必要な微細
な加工を伴う製造が可能となる効果がある。また、従来
では、プラズマ処理の適正化を図るため、エツチングに
おいては、高パワーの高周波印加や、高真空用の排気系
が、膜形成においては、これらの他に基板を高温にする
必要があったが、本発明方式を用いると、上記必要条件
の緩和が図れるため、製造コストが安価なる効果や、化
合物半導体のように低パワー化や低温化が必要なデバイ
ス製造が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一形態である平行平板電極型のＲＦプ
ラズマ装置を示す図、第２図は従来型のＲＦプラズマ装
置を示す図、第３図は本発明方式と従来方式を組み合わ
せたＲＦプラズマ装置を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）
は第３図に示した装置により、排気方向（量）を異なら
せた時のエツチングにおける寸法シフトと、テーパ角の
変化を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は排気方向（量）
を異ならせた時の５ｉＯｚ堆積膜の緩衝フッ酸液によ゛
るエツチング速度と赤外吸収ピーク波数の変化を示した
図、第６図、第７図は従来方式及び本発明方式のマイク
ロ波プラズマ処理装置を示す図である。 １・・真空容器、２・・・基板、３・・・下部電極、５
・・・上部メツシュ電極、６，６′・・・排気口、７，
７′・・・ガス供給管、８・・・イエオンの流れ、９・
・無電荷粒子の流れ、１０．１０’　　・・排気口バル
ブ、１１゜１１′・・・ガス供給バルブ、θ１・・下方
排気量。 θ２・・・上方排気量、Ｑ・・シフト量、θ・・・テー
パ角、１４．１５・・磁界発生コイル、１６・・・クイ
クロ波、１８・・・ＥＣＲ面。 ！ 冑１図　　　　　躬２図 徘％−ｉ比”Ｉ’（Ｑｌ＋Ｑｌ） 躬５図 荊６図　　　　　地１図 ６６゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス供給系と排気系を有した真空容器内に放電によ
   りプラズマを発生させて基板を処理するプラズマ処理お
   いて、基板に対し、排気口と主たるプラズマ発生部を同
   じ側に位置させ、基板に入射するイオンの流れ方向とほ
   ぼ逆方向に無電荷粒子の排気を行なうことを特徴とした
   プラズマ処理方法。 ２、プラズマ処理において、基板に入射するイオンの流
   れ方向とほぼ順方向、及び逆方向に無電荷粒子の排気を
   行なうことで、基板へ入射する無電荷粒子を制御するこ
   とを特徴としたプラズマ処理方法。 ３、上記プラズマ発生に電磁波と磁界の相互作用を利用
   したことを特徴とした特許請求の範囲の第１項または第
   ２項に記載のプラズマ処理方法。 ４、プラズマ中の粒子により基板をエッチングすること
   を特徴とした特許請求の範囲の第１項乃至第３項に記載
   のプラズマ処理方法。 ５、プラズマ中の粒子により基板上に膜形成することを
   特徴とした特許請求の範囲の第１項乃至第３項に記載の
   プラズマ処理方法。 ６、ガス供給系と排気系を有した真空容器内に、放電に
   よりプラズマを発生させて基板を処理するプラズマ処理
   において、排気口と主たるプラズマ発生部を、基板に対
   して同じ側に位置させ、基板に入射するイオンの流れ方
   向とほぼ逆方向に無電荷粒子の排気を行なうことを特徴
   としたプラズマ処理装置。 ７、基板に対し、主たるプラズマ発生部と同じ側の他に
   、反対側にも排気口を設置し、かつ該２系統の、排気系
   の単独使用が可能であることを特徴としたプラズマ処理
   装置。 ８、上記プラズマ発生に電磁波と磁界の相互作用を利用
   したことを特徴とした特許請求の範囲の第６項または第
   ７項に記載のプラズマ処理方法。